八路数字抢答器的课程设计.doc

八路数字抢答器 一、技术指标 1、设计任务 （1）设置八个抢答按钮，另设一个主持人按钮用来清零，主持人清零后，首先抢答人的号码显示出来并保持到主持人再次清零。 （2）只要有按钮按下，电路锁存，其他按钮功能失效。 2、设计要求 （1）抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0~S7表示。 （2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。 （3）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。 二、方案论证与设计 优先编码器将抢答者选出，然后送入锁存器，锁存器输出经过译码显示，显示出抢答者的编号。控制电路将编码器置于禁止状态，不准许其他竞赛者抢答。 三、工作原理 图（一）所示的数字抢答器的工作过程是：接通电源后，主持人先按下清零键，此时将显示器清零，当主持人读完题目发出“抢答开始”的号令的同时按下定时控制电路中的按键，此时定时电路开始计时等待选手抢答，在此过程中，当有选手抢答时编码器通过锁存器立即接收到该信号并迅速返回给锁存控制电路一个控制信号，锁存控制单元立即产生并送给锁存器一个锁存信号使得其他七路的按键信息不能被接受。与此同时，编码器又将输出信号传给译码器再通过数码管显示出抢答者的号码，在此过程中编码器还向控制单元发出信号以作出响应的声光指示。按图一我们把系统分成锁存控制显示模块、定时模块、声光指示模块共三大模块。此三模块中最关键的部分就是锁存控制模块，解决该模块的方案有多种，在此只针对该模块进行了方案的选择及论证。 图一 数字抢答器框图 四、单元电路设计 整个电路主要包括锁存控制抢答电路、数码显示电路、定时电路、音频产生电路、声光指示电路五部分组成。 １、锁存控制抢答电路的设计 当有一个按键事先按下时，我们必须还要考虑到防止其他按键与之产生冲突，因此在有按键事先按下的情况下必须使得其他按键无效。同时还要保证在重新下一轮抢大时能够将显示器清零。 基于此种设想，我们采用如图二所示的电路来实现，图（二）见最后一页。 当按下SA键时，74LS76为基本RS触发器，因此15端输出为高电平，此时给74LS373的LE一个有效脉冲使得74LS373的输出跟随输入信号变化。此时若无按键按下，则输出全为高电平，八个高电平全部送入74LS148的输入端，此时74LS148的输出端CBA、GS、EO分别为11110，CBA三端的信号分别接入数码显示电路用于驱动数码管的74LS47的CBA三端，而将74LS373中Q0端的信号取反后接到74LS47的D端，译码器4脚接74LS148的EO端输出的低电平因此不能工作，在显示器中不会显示任何数字。从而达到清零作用。 而在按下SA后，如果有抢答按键按下，锁存器74LS373将采集到的按键信息发送至编码器74LS148，74LS148对该信号进行编码并在GS端产生低电平传至触发器74LS76的触发时钟信号输入端，该引脚用来控制触发器74LS76中的JK触发器的工作，当为有效电平时，JK触发器才能工作，而此时按键SA端的电容C1已充电至高电位，即触发器74LS76的2端和8端均为高电平，74LS76转为带低电平有效的边沿JK触发器，当CS给其加一低电平脉冲时，JK触发器开始工作将15脚的Q端直为低电平从而锁住了锁存器74LS373的输出端信号，无论哪一按键再按下，74LS373输出端的信号不再改变，从而实现了一旦有人事先抢答，其他开关不起作用这一功能。 在电路中，74LS76通过采集74LS148 GS端的信号给74LS373提供锁存信号，并通过定时电路的信号为声光控制电路提供控制信号。 ２、定时电路的设计 设计定时电路的目的是让选手们在规定的时间内进行抢答，即只允许在这段规定时间内进行抢答，否则视为犯规。定时要持续一段时间后自己恢复。 基于以上分析，我们采用了由NE555定时器构成的单稳态触发器，NE555是为我们熟悉也经常使用的一种定时器，在这部分电路中，我们采用NE555构成了单稳态触发器，单稳态触发器有如下三个特点： （１）电路有一个稳态，一个暂稳态。 （２）在外来触发信号作用下。电路有暂稳态翻转到暂稳态。 （３）暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中RC延时环节的作用，经过一段时间以后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间取决于RC电路的参数值。 如上所述，暂稳态电路的这些特点正好符合我们所要设计的定时单元电路的要求。如图三所示。 　　　　　　　　　　　图三 定时电路 该电路是由NE555构成可调暂稳态时间的单稳态触发器，电源接通瞬间，电路有一个稳定的过程，即电源通过电阻R和电位器RP向电容C充电，当V